Un aperçu
Depuis l'invention des diodes électroluminescentes (LED), il y a eu une augmentation significative de la quantité de photons qui peuvent être convertis à partir de l'énergie électrique; Néanmoins, cela approche d'atteindre une limite physique. Au moment où toute l'énergie d'entrée est transformée en énergie sous forme de photons photosynthétiques, l'efficacité maximale théorique est obtenue. L'efficacité des LED bleues peut atteindre jusqu'à 93%, il est possible que les "blancs" convertis en phosphore atteignent 76%, et les LED rouges peuvent atteindre 81%. En raison de ces améliorations, de nouvelles perspectives d'éclairage horticole sont devenues disponibles. Dans cet article, nous discuterons des sujets suivants: (1) la physique et l'efficacité sous-jacentes des LED; (2) l'efficacité actuelle deLEDS; (3) l'effet de la qualité spectrale sur la production de cultures; et (4) l'efficacité potentielle des luminaires horticoles. Cela peut être accompli en optimisant les impacts spectraux sur la morphologie des plantes, qui diffèrent d'une espèce à l'autre. Cela permettra aux progrès de la conversion des photons à céder. D'un autre côté, les effets du spectre sur la photosynthèse sont très comparables entre les espèces; Néanmoins, la définition actuellement acceptée des photons photosynthétiques, qui varie de 400 à 700 nanomètres, pourrait nécessiter une certaine modification. TRAVE DE COURANT, TIME DE THALEUR, DRIVER (alimentation) Les inefficacités et les pertes optiques sont les quatre caractéristiques qui sont inhérentes à tous les luminaires LED. La limite supérieure de l'efficacité du luminaire LED est établie en multipliant l'efficacité du package LED par ces quatre facteurs. Compte tenu de l'état actuel de la technologie LED, les calculs suggèrent que les limites d'efficacité pour les appareils blancs et rouges sont de 3,4 µmol J - 1, tandis que pour les appareils bleus et rouges, les limites d'efficacité sont de 4,1 µmol J - 1. En incluant une protection optique contre l'eau et une humidité excessive, ces valeurs sont réduites d'environ 10%. Il existe des compromis entre l'efficacité maximale et le coût, que nous détaillent.
Physique
Le terme «efficacité» fait référence à des ratios qui ont les mêmes unités dans le numérateur et le dénominateur, et ces ratios peuvent être énoncés en pourcentage. Le terme «efficacité LED» fait référence au rapport de la puissance optique à l'entrée de puissance électrique, exprimée en watts par watt ou pour cent. Le terme «efficacité» fait référence aux ratios exprimés dans une variété d'unités. Le terme «efficacité» est utilisé dans le domaine de l'éclairage horticole pour décrire la quantité de photons produits par seconde par watt d'électricité d'entrée. En raison du fait qu'un watt est égal à un Joule par seconde, cela peut être simplifié à µmol par temps. La relation Planck - Einstein, qui est souvent appelée équation de Planck, est une expression mathématique qui décrit la relation entre l'énergie des photons et la longueur d'onde. En utilisant cette équation, nous pouvons voir que la relation entre l'énergie et la longueur d'onde est inversement proportionnelle. L'équation utilisée pour convertir entre l'efficacité et l'efficacité, ainsi que pour calculer l'efficacité des photons photosynthétiques potentielles le plus élevé pour un spectre particulier. Cette équation est utilisée pour convertir entre l'efficacité et l'efficacité.
Afin de déterminer l'influence que les photons ont sur les plantes par rapport à la quantité d'énergie électrique qui est en entrée, nous obtenons les unités pertinentes en convertissant l'efficacité des LED en leur efficacité. Ceci est conforme à une loi physique différente connue sous le nom de loi Stark - Einstein, qui soutient que pour chaque photon absorbé, une seule molécule est en fait capable de réagir. Il est possible de reformuler cette loi en déclarant qu'un photon est capable d'exciter un électron. La portée de l'efficacité des photons dans ce travail est limitée aux photons avec des longueurs d'onde allant de 400 à 700 nanomètres, à l'exception des LED Far-Red, qui incorporent des photons avec des longueurs d'onde pouvant atteindre 800 nanomètres. Il est courant que les fabricants d'emballages LED signalent l'efficacité en lumens par watt car il s'agit d'une métrique significative pour l'éclairage humain. Cependant, cette métrique n'est pas applicable à l'éclairage horticole car il s'agit d'une mesure de photons pondérés pour la vision humaine basée sur la sensibilité de l'œil humain aux différentes couleurs.
Un package LED, qui est la puce LED contenue dans un logement, est ce que l'on entend par le terme "LED" dans cet article. En plus de faciliter les connexions mécaniques et électriques au luminaire, le boîtier ou l'emballage sert également de canal de chaleur, influence la distribution des photons et incorpore la couche de phosphore pour les LED blanches (pour plus d'informations, voir ci-dessous). Les packages LED sont le public cible des normes de performance LED. Lorsque les packages LED sont incorporés dans un luminaire, il s'agit d'un luminaire LED.
Efficacité fondamentale des LED à leur cœur
Il existe trois sub-efficaces qui contribuent à l'efficacité globale des LED (packages LED), qui est le produit de ces trois sub-efficaces:
Le rapport de l'énergie de photons émis, exprimé en volts électroniques, à la tension appliquée (Vphoton / VF) est la définition de l'efficacité électrique. Ce rapport est influencé par la résistance électrique interne de la LED.
L'efficacité quantique interne, également connue sous le nom de photon par électron, fait référence au processus par lequel les électrons sont convertis en photons. Ce processus est influencé par les voies de recombinaison non radiatives, qui incluent des impuretés et des défauts microphysiques.
Le rapport des photons qui laisse le matériau semi-conducteur LED au nombre total de photons générés est appelé l'efficacité d'extraction des photons. Ce rapport est influencé à la fois par la réflexion interne et la réabsorption. L'expression «pertes de package» est utilisée dans l'industrie LED pour désigner toute perte qui se produit pendant le processus de récolte des photons à partir d'un package LED. Les types de packages LED peuvent avoir une large gamme de variations dans celles-ci.
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